Από το ΑΤΟΜΟ του Δημόκριτου στη ΔΙΑΣΠΑΣΗ του ΑΤΟΜΟΥ, που οδήγησε στην πυρηνική ενέργεια και στην ατομική βόμβα.

                              Ο ρόλος   της Κβαντομηχανικής 

           Αφορμή να γράψω το δοκίμιο αυτό στάθηκε μια συνέντευξη που έδωσε πρόσφατα ο  φυσικός, πανεπιστημιακός Δάσκαλος και συγγραφέας  Στέφανος Τραχανάς στο Ανταλλακτήριο Ιδεών στο κανάλι Ναυτεμπορική για την Κβαντική Επανάσταση. Αν και είχα ακούσει διάφορα για τα κβάντα,  εν τούτοις τα θεωρούσα ακαταλαβίστικα και είχα παραιτηθεί να τα γνωρίσω καλύτερα. Ακούγοντας όμως τον κ. Τραχανά πολλές απορίες μου άρχισαν να λύνονται. Βαθύς γνώστης της επιστήμης του, μεγάλος αφηγητής με ένα ρέοντα λόγο απομυθοποιούσε τη κβαντική επανάσταση αφαιρώντας της το πέπλο μυστηρίου που την κάλυπτε. Αναζήτησα  λοιπόν  περισσότερες πληροφορίες για τον ίδιο ως προσωπικότητα και για τα κβάντα κι έτσι μού γεννήθηκε  η επιθυμία να γράψω το παρακάτω δοκίμιο από την εμπειρία μου αυτή.  Μη περιμένετε να σας μιλήσω ως καθηγήτρια φυσικής, εξάλλου μού είναι αδύνατο, ούτε χρειάζεται. Απλά παραθέτω μια ιστορία της Κβαντικής από τη σκοπιά μιας φιλολόγου που την εξιτάρει η περιπέτεια του ανθρώπινου μυαλού: να εκπλήσσεται, να απορεί για πολλά που συμβαίνουν, να ερευνά, να απογοητεύεται αλλά και  να επιμένει μέχρι να βρει την αλήθεια και τέλος να μένει έμπλεος θαυμασμού και  χαράς, όταν αυτή  αποκαλύπτεται  … Και η Κβαντική ήταν μια  επιστημονική επανάσταση. Μια περιπέτεια του νου που χωρίς το συναίσθημα να τον παρακινεί δεν θα είχαν δημιουργηθεί τα έργα του πολιτισμού μας. Και θεωρώ επιπλέον αναγκαία τη καταγραφή αυτή της περιπέτειας πρώτα   για μένα … αλλά και για όσους  έχουν την περιέργεια να μάθουν.

 Έτυχε δε μελετώντας το θέμα να μάθω ότι το έτος 2025 είχε ανακηρυχθεί μάλιστα ως Διεθνές έτος Κβαντικής επιστήμης και τεχνολογίας, συμπληρώνοντας 100 χρόνια από τη γέννηση της το 1925. Η χρονολογία αυτή ετέθη τυπικά ως αρχή της επειδή τότε διατυπώθηκε η Αρχή της Απροσδιοριστίας ή Αβεβαιότητας από τον Χάιζενμπεργκ με την οποία ήλθε σε ρήξη με την Αρχή της Αιτιοκρατίας της Κλασσικής Φυσικής εισάγοντας έτσι την Πιθανοκρατία στη Σύγχρονη Φυσική πια. 

Ας δούμε σύντομα την εξέλιξη της Φυσικής μέσα στο χρόνο.

 Οι αρχαίοι Έλληνες αφήνοντας πίσω τους τη μυθική ερμηνεία του κόσμου και προχωρώντας τον 6^ο  π.Χ  στη λογική ερμηνεία του θέλησαν  να μάθουν τί κρύβεται πίσω από τα φαινόμενα της Φύσης -εξ ου και Φυσική. Πρώτοι οι Ίωνες φιλόσοφοι αναρωτήθηκαν ποια να ‘ναι η πρώτη αρχή του κόσμου, και παρά τις διαφορετικές απαντήσεις που έδωσαν, αποδέχθηκαν ότι είναι ή ύλη. Οι αρχαίοι Έλληνες συνεχίζοντας να προβληματίζονται … έφθασαν μέχρι το Δημόκριτο, ο οποίος διατύπωσε τη θεωρία του Α-τόμου δηλαδή  ότι το μικρότερο στοιχείο της ύλης είναι το Α-τομο, επειδή δεν τέμνεται άλλο, δεν διαιρείται σε άλλα μικρότερα κομμάτια ύλης. Από την άλλη το ενδιαφέρον τους τράβηξε  αυτά που έβλεπαν στον Ουρανό  και με τις εμπειρικές τους γνώσεις  έφθασαν να μιλήσουν για γεωμετρικό ηλιακό σύστημα.

Στα νεότερα όμως χρόνια, όταν η μαθηματική επιστήμη αρχίζει να αναπτύσσεται (και ιδίως η Αναλυτική Γεωμετρία) και να χρησιμοποιείται  ως εργαλείο στη Φυσική  για να εκφράσει νόμους της φύσης που ανακάλυπταν, τότε η επιστήμη  αυτή αρχίζει να κάνει θαύματα. Ο Γαλιλαίος ήδη από το 16^ο αιώνα είπε « το βιβλίο της φύσης είναι γραμμένο στη μαθηματική γλώσσα» και ανακαλύπτει  το ηλιοκεντρικό σύστημα καταρίπτοντας το γεωκεντρικό. Ο Νεύτωνας τον 17^ο αι. ανακαλύπτει το νόμο της βαρύτητας και τη Παγκόσμια ‘Ελξη μεταξύ των Ουρανίων Σωμάτων,  η οποία κρατά όλα τα Σώματα  σε μια ισορροπία στο Διάστημα κάνοντας κύκλους το ένα γύρω από το άλλο και από τον εαυτό τους σαν να εκτελούν μια ουράνια χορογραφία! Κι ο Μάξγουελ διατυπώνει τη θεωρία του ηλεκτρο-μαγνητισμού το 19^ο αιώνα ενοποιώντας τις δυο δυνάμεις σε μία σαν τις δυο όψεις του ίδιου νομίσματος.  Η επιστήμη της Κλασσικής Φυσικής έχει  ανακαλύψει 2 από τις 4 θεμελιώδεις δυνάμεις που κυβερνούν το Σύμπαν τη Βαρύτητα (ο Νεύτωνας)  και τον ηλεκτρομαγνητισμό (ο Μαξγουελ). Οι άλλες δυο δυνάμεις οι πυρηνικές θα ανακαλυφτούν κατά τον 20^ο αι. με την κβαντομηχανική. Η περίοδος της Κλασσικής Φυσικής, όπως ονομάστηκε, στηρίχθηκε στην Αιτιοκρατία δηλαδή στην  πίστη ότι κάθε φυσικό φαινόμενο έχει μια αιτία που το προκαλεί να εκδηλωθεί. Οι ίδιες αιτίες οδηγούν στα ίδια συμπεράσματα.  Κι όσα δεν γνωρίζει ακόμα η επιστήμη, είναι ζήτημα χρόνου να τα ανακαλύψει.                                      

                                               &                     &                         & 

                 Στο γύρισμα όμως του 20^ου αι, 2.500 χρόνια   από την ανακάλυψη του Δημόκριτου. κάποιοι επιστήμονες βάλθηκαν να ανακαλύψουν τί κρύβεται πίσω από το Άτομο ή μήπως ο καιρός έχει γυρίσματα κι ήλθε η ώρα για κοσμοϊστορικές ανακαλύψεις; Ήδη το 1897 ο Τόμσον είχε ανακαλύψει  κάποια ελάχιστα σωματίδια ύλης που τα ονόμασε ηλεκτρόνια.  Μερικά άλυτα προβλήματα, όσο κι αν προσπαθούσε η κλασσική φυσική να τα λύσει, δεν μπορούσαν να λυθούν. Ένα από αυτά ήταν, το λεγόμενο πρόβλημα της ακτινοβολίας του μέλανος σώματος  δηλαδή γιατί κάποια αντικείμενα, όταν πυρακτωθούν όπως κάρβουνο, μέταλλο, πυρίμαχο τούβλο, γυαλί … λάμπουν εκπέμποντας το ίδιο φως  δηλ. έχοντας  το ίδιο ακριβώς χρώμα. Ένα από τα θέματα που απασχολούσε τότε τη Φυσική ήταν η φύση του φωτός και η ταχύτητα μετάδοσης του. 

 Κι άρχισαν να  αναρωτιούνται και να αμφισβητούν το δόγμα της Αιτιοκρατίας. Η ύλη σταματά στο άτομο; Μήπως υπάρχουν κι άλλα σωματίδια μικρότερα; Τόσα μικρά που, όταν τα ανακάλυψαν, τα ονόμασαν στοιχειώδη ή θεμελιώδη ή αλλιώς υποατομικά. Τα προσέγγιζαν λοιπόν υποψιαζόμενοι θεωρητικά τί μπορεί να ισχύει και μετά αποδείκνυαν με πειράματα και μικροσκόπια αν επαληθεύονταν πι σκέψεις τους.  Κι ερευνώντας  ανακάλυψαν απίστευτα πράγματα, που σόκαραν και σοκάρουν ακόμα τους κανόνες τη λογικής μας και τις βεβαιότητες στις οποίες πιστεύουμε  καθημερινά!  Όλα αυτά βέβαια ισχύουν  στον μικρόκοσμο του Ατόμου, έναν κόσμο αθέατο στο γυμνό μάτι, όπου όλα υπολογίζονται  σε  νανόμετρα (1 νμ=1 δισεκατομμυριαστό του μέτρου) και εξετάζονται σε μικροσκόπια ατομικής δύναμης, όπως ονομάζονται, με πολύ υψηλή ανάλυση. Για παράδειγμα ένα άτομο έχει διάμετρο 1.000.000 φορές μικρότερο από το πάχος ενός λεπτού φύλλου  χαρτιού και το ηλεκτρόνιο του  είναι 3.000 φορές μικρότερο κι άλλα πολλά απίστευτα!! 

                                      &                     &                          &  

                                              ΜΕΡΟΣ   ΠΡΩΤΟ 

Το 1900 ο φυσικός Μαξ Πλανκ  ερευνώντας τη φύση του φωτός υπέθεσε ότι  η  ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία του που φτάνει σε μας ως κύμα, περιέχει  και κάτι άλλο, πάρα πολύ μικρό, ελάχιστο, που επηρεάζει την εκπομπή φωτός και το ονόμασε  φωτεινό «κβάντο» από τη λατινική λέξη quanto=το ποσό.  Η έννοια του κβάντο ήταν ασαφής, ήταν σωματίδιο (ύλης) μάλλον ( σημειωτέον είναι αντίθετο το κύμα από το σωματίδιο) αλλά δεν συμπεριφερόταν σαν κανονικό σωματίδιο  και ο Πλανκ αυτό το φωτεινό κβάντο το ονόμασε  φωτόνιο, που δεν έχει μάζα αλλά μεταφέρει ενέργεια.

 Στη συνέχεια διαπιστώνει ότι η χαμηλότερη ποσότητα ενέργειας που υπάρχει στη φύση και είναι σταθερά πάντα, είναι αυτή του ενός, μεμονωμένου φωτονίου και έτσι διατυπώνει την περίφημη εξίσωση Ε= h.f  που ονομάστηκε «η σταθερά του Πλανκ»  δηλώνοντας ότι η Ενέργεια του φωτός εξαρτάται από τη h =σταθερά (ποσότητα  του φωτονίου του) επί τη f=συχνότητα του ). .  Η εξίσωση αυτή με την εξίσωση της ταχύτητας του φωτός (300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο σχεδόν) αποτελούν δυο διάσημες εξισώσεις στη Φυσική μαζί με αυτήν του Αινστάιν Ε=m.c στο τετράγωνο. Ο ίδιος ο Πλανκ με την ύπαρξη κβάντων πρότεινε κάτι άγνωστο στην παγκόσμια κοινότητα φυσικών που δεν έγινε αμέσως δεκτό κι ο ίδιος δεν μπορούσε να διανοηθεί την επανάσταση, που θα έφερνε, στη Φυσική η ιδέα του κβάντου. 

Ο κ. Τραχανάς στο βιβλίο του με τίτλο « Μεγάλη Επιστήμη, Ενδιαφέρουσες ζωές» παρουσιάζει τις ζωές των 12 φυσικών που βρίσκονται πίσω από την Κβαντική Επανάσταση, η οποία εκτυλίχθηκε μέσα σε λίγα χρόνια, το πρώτο τέταρτο του 20^ου αιώνα ( 1900-1925). Οι 12 πρωταγωνιστές ήταν νεαρά άτομα από 21-27 ετών, πιτσιρικάδες τους αποκαλεί αστειευόμενος ο Τραχανάς, εκτός του Πλανκ που ήταν 42 ετών, και οι οποίοι βραβεύτηκαν με Νόμπελ, και προέρχονταν από οικογένειες  πλούσιες και μορφωμένες εκτός του Ράδερφορντ και του Ντιράκ. Ο συγγραφέας  περιγράφει τις ζωές τους ως ανθρώπους: τα χόμπυ τους, την οικογενειακή τους κατάσταση κάνοντας τους πολύ οικείους στον αναγνώστη. Από την άλλη τονίζει τη φιλοπεριέργεια και φιλομάθεια των επιστημόνων εκείνων να απορούν και να ρωτούν εκ νέου  για τη φύση των πραγμάτων που εξετάζουν, επανανοηματοδοτώντας και δίνοντας ένα νέο νόημα και περιεχόμενο στην επιστήμη τους.    

2. Ο Αϊνστάιν το 1905, 26 ετών, παρουσιάζει 3 μεγάλες ανακαλύψεις 

- Ερμηνεύει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Παίρνει το φωτεινό κβάντο  από τη θεωρία του Πλανκ και αποδεικνύει την ύπαρξη του κβάντου στο φως. Εξηγεί ότι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο συμπεριφέρεται ως «δέσμη φωτονίων»  σαν μια βροχή από φωτεινές σταγόνες έρχεται σε μας  από «πακέτα» κβάντων- φωτονίων.  Ο δρόμος της κβαντικής φυσικής είχε ανοίξει από τον Αϊνστάιν και η σύγχρονη εποχή … εφηύρε τα Λέιζερ, τους λαμπτήρες LED κι άλλα, και η ύπαρξη των κβάντων, εκτός από το φως, αργότερα αποδεικνύεται ότι υπάρχει παντού στην ύλη. Έτσι όμως προχωρά η επιστήμη της Φυσικής. Στην αρχή κάνοντας Υποθέσεις θεωρητικά που στη συνέχεια πρέπει να Αποδειχθούν πειραματικά. 

-Διατυπώνει τη Θεωρία της Σχετικότητας  με την οποία συμφιλιώνει τις δυο βασικές θεωρίες, τη Μηχανική του Νεύτωνα και την Ηλεκτρομαγνητική του Μάξγουελ, αίροντας τις εσωτερικές αντιφάσεις τους. Με τη θεωρία της σχετικότητας  ολοκληρώνεται και κορυφώνεται η κλασική φυσική  και ο Αϊνστάιν γίνεται ο τελευταίος μεγάλος κλασικός φυσικός.Δεν θα σταθώ όμως ούτε στην Ειδική θεωρία της σχετικότητας του 1905 ούτε στη Γενική θεωρία της σχετικότητας του 1916, διότι δεν μελετούν το μικρόκοσμο του ατόμου. Αντίθετα πρόκειται για μια άλλου είδους επανάσταση που αφορά το Μεγάκοσμο φέροντας μια άλλη αντίληψη για τη Βαρύτητα που καμπυλώνει το χωρόχρονο. Στην ολική έκλειψη ηλίου το 1919 οι ακτίνες του φωτός που περνούσαν δίπλα από το βαρυτικό πεδίο του ήλιου παρατηρήθηκε από επιστήμονες ότι καμπυλώνονταν, επιβεβαιώνοντας έτσι τη θεωρία σχετικότητας.  

- Εξήγησε τη λεγόμενη «κίνηση Μπράουν» δηλαδή πώς κινούνται  πχ οι κόκκοι γύρης όταν πέσουν στα νερά μιας λίμνης. Ερμηνεύοντας την, μίλησε για την ύπαρξη ατόμων που συνθέτουν μόρια και γενικότερα για τις κινήσεις σωματιδίων μέσα στο νερό υπό ορισμένες θερμοκρασίες κλπ  

ΤΟ ΔΊΛΗΜΜΑ του Αϊνστάιν:

Από τη μια ο Αϊνστάιν με τη θεωρία της σχετικότητας απογειώνει την κλασσική φυσική, η οποία πιστεύει στην αιτιοκρατία.  Από την άλλη με την ερμηνεία που έδωσε στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, τίναξε στον αέρα τη κλασσική φυσική υπονομεύοντας τα σταθερά λογικά θεμέλια της  με την ύπαρξη των κβάντων και την αρχή της πιθανοκρατίας που οριστικοποιήθηκε το 1925. Ο Τραχανάς γι αυτό του έδωσε το προσωνύμιο ο βομβιστής στο βιβλίο του «ο Βομβιστής και ο Στρατηγός» χαρακτηρίζοντας τον Μπορ ως στρατηγό για άλλους λόγους.

 Στο διεθνές Συνέδριο φυσικών Σολβέ το 1927 έμεινε παροιμιώδης η διαμάχη μεταξύ αιτιοκρατίας-πιθανοκρατίας με πρωταγωνιστές τον  Αϊνστάιν και τον Μπορ.  Για τον Αϊνστάιν η πιθανότητα οφείλεται σε άγνοια  ενώ για τον Μπορ είναι ενδογενής ιδιότητα της ύλης. 

3.Ράδερφορντ

Ο Ράδερφορντ το 1911 ανακαλύπτει κάτι συνταρακτικό! Το άτομο περιέχει κι άλλα σωματίδια ύλης, τα οποία περιέγραψε με τα γνωρίσματα τους! Κάνει ένα πείραμα πού έμεινε στην ιστορία για την πρωτοτυπία του και τα ανεπάντεχα αποτελέσματα του. «Φωτο-γραφίζοντας» λεπτότατα φύλλα χρυσού με ακτίνες α ανακαλύπτει ότι το άτομο  στο εσωτερικό του δεν είναι συμπαγές, όπως νόμιζαν μέχρι τότε, αλλά στο κέντρο του βρίσκεται ένα μικροσκοπικό σωματίδιο ύλης, σαν κόκκος, που το ονόμασε πυρήνα. Το υπόλοιπο άτομο δείχνει κούφιο με ελάχιστα πιο μικρά σωματίδια -τα ηλεκτρόνια- να περιφέρονται εδώ κι εκεί. Συνεχίζει μετρώντας τις διαστάσεις του και καταλήγει ότι ο πυρήνας είναι 100.000 φορές  μικρότερος από το άτομο ενώ τα ηλεκτρόνια κινούνται σε απόσταση 100.000 φορές μεγαλύτερη από την ακτίνα του πυρήνα. Απίστευτες διαστάσεις! Στο πυρήνα έχει συγκεντρωθεί  όλη σχεδόν η μάζα της ύλης  του ατόμου επιμερισμένη σε μικρότερα ακόμα σωματίδια τα πρωτόνια με  θετικό ηλεκτρικό φορτίο και τα νετρόνια ουδέτερα. Τα ηλεκτρόνια είναι πολύ ελαφρά με αρνητικό φορτίο. Πρωτόνια και ηλεκτρόνια ίσα σε αριθμό πάντα με τα αντίθετα φορτία τους αλληλοεξουδετερώνονται και καθιστούν ουδέτερο το άτομο. Ο Ράδερφοντ παρομοιάζει τη δομή του ατόμου με το πλανητικό μοντέλο, όπου, όπως οι πλανήτες περιστρέφονται σε τροχιές  γύρω από τον ήλιο, έτσι και τα ηλεκτρόνια  γύρω από τον πυρήνα.. 

Για τη μέγιστη αυτή προσφορά του στη Φυσική επιστήμη τού έγινε η μεγάλη τιμή να ταφεί  δίπλα στο Νεύτωνα στο Αβαείο του Γουεστμίνστερ! 

Μια μικρή παρένθεση για το ηλεκτρόνιο:

 Είναι από τα πιο μυστηριώδη σωματίδια της ύλης και απασχόλησε πολλές φορές τους επιστήμονες για τις ασταθείς ιδιότητες του κι ακόμα τους απασχολεί. Η έρευνα για τη παράξενη συμπεριφορά του ηλεκτρονίου σημάδεψε την εξέλιξη της κβαντικής θεωρίας. Το ηλεκτρόνιο  μπορούσε όταν δεχόταν ακτινοβολία να αποδράσει από το άτομο αλλά μπορούσε να επανέλθει πάλι εντός του ατόμου. Όταν όμως ο Ράδερφορντ το τοποθέτησε  σε τροχιά  γύρω από τον πυρήνα, προέκυψε ένα νέο πρόβλημα: Θεωρητικά, αν η τροχιά του ηλεκτρονίου πλησίαζε πολύ κοντά στον πυρήνα του θα μπορούσε να απορροφηθεί από την έλξη του πυρήνα, οπότε το άτομο θα διαλυόταν, δεν θα υπήρχε. Όμως αυτό αντιφάσκει με την πραγματικότητα, όπως αντανακλάται μέσα από τη σταθερότητα της  ύλης  του, άσχετα με τις ποικίλες μορφές που παίρνει αυτή. Πού οφείλεται η σταθερότητα του ατόμου λοιπόν; Τι ακριβώς συμβαίνει; 

4.Ο Νιλς Μπορ ένας νεαρός Δανός φυσικός από την Κοπεγχάγη, που επισήμανε πρώτος το πρόβλημα αυτό έτρεξε να συναντήσει τον Ράδερφορντ αμέσως μετά τη διατύπωση του πλανητικού του μοντέλου για να του φανερώσει την απορία του.  Ο Μπορ μελετώντας το πιο απλό άτομο, που έχει ένα ηλεκτρόνιο, αυτό  του υδρογόνου, κατέληξε, δυο χρόνια αργότερα το 1913, στο συμπέρασμα ότι αυτό για διάφορους λόγους ... κινείται σε προκαθορισμένες τροχιές, ποτέ όμως σε τροχιά που βρίσκεται σε  απόσταση, μικρότερη από τις 100.000 φορές της ακτίνας του πυρήνα του, οπότε δεν μπορεί να απορροφηθεί. Αυτή την τροχιά ονόμασε θεμελιώδη. Ο Μπορ εισάγοντας τα κβάντα από το φως στην ύλη πια  μιλά για τις κβαντωμένες τροχιές και τα κβαντικά άλματα του ηλεκτρονίου από τη μια τροχιά στην άλλη και απέδειξε ότι η κβάντωση των τροχιών είναι ένας απίστευτα αποτελεσματικός μηχανισμός για τη σταθερότητα της δομής του ατόμου. Γραφει ο κ. Τραχανάς « Ο Μπορ απέδειξε ότι οι κβαντικοί νόμοι, που μέχρι τότε μόνο στα φαινόμενα του φωτός είχαν εμφανιστεί, ήταν αναγκαίοι και για την κατανόηση του τρόπου κίνησης των ηλεκτρονίων στον ατομικό μικρόκοσμο. Και με τη δουλειά του η σταθερά του Πλανκ εγκαταστάθηκε για τα καλά στη φυσική»    

Ο Μπορ θεωρείται ένας από τους στυλοβάτες της Κβαντομηχανικής. Στο Ινστιτούτο Μπορ, που ίδρυσε η κυβέρνηση της Δανίας καθ’ υπόδειξη του το 1922,  με χρηματοδότηση από τη δανέζικη εταιρεία μπύρας Carlsberg, έγινε το κέντρο  έρευνας και συνάθροισης των φυσικών επιστημόνων, που ανέδειξε η Σχολή της Κοπεγχάγης. Εκεί λοιπόν εγκαταστάθηκε το στρατηγείο του Μπορ, όπως το ονομάζει ο Τραχανάς, στο βιβλίο του «Ο Βομβιστής και ο Στρατηγός». 

Παρόλο τον αρχικό ενθουσιασμό των φυσικών για τη λύση του προβλήματος της σταθερότητας του ατόμου από τον Μπορ μετά από λίγο άρχισε οξεία κριτική της ερμηνείας αυτής αμφισβητώντας την. Ο Αϊνστάιν, ο Πλανκ, ο Σβέντιγκερ, ο Παουλί δεν μπορούσαν να δεχτούν τις κβαντωμένες τροχιές και τα κβαντικά άλματα που πραγματοποιεί ένα ηλεκτρόνιο. Ήταν σαν να δέχονταν ότι κάποιος που βρίσκεται στον 5^ο όροφο μιας πολυκατοικίας ακαριαία βρίσκεται στον 3^ο όροφο χωρίς να μεσολαβεί ούτε σκάλα ούτε σκοινί ούτε ο φωταγωγός για να κατέβη εκεί. «Τα καταραμένα κβαντικά άλματα … είναι μια τρέλα» έλεγαν κι ο Χάιζενμπερκ συμπλήρωνε «σωστά, αλλά  έχει μια μέθοδο μέσα της η θεωρία αυτή». Εκ των υστέρων σήμερα θα λέγαμε ότι και οι δυο (Μπορ και οι αμφισβητούντες τον) είχαν δίκιο. Η μέθοδος πράγματι ήταν σωστή αλλά δεν ήταν οι κβαντωμένες τροχιές  αλλά η κβαντωμένη ενέργεια που έδινε τη δυνατότητα στο ηλεκτρόνιο να πηδά, να κάνει άλματα, από τη μια τροχιά σε άλλη προκαθορισμένη όμως ανάλογα με την ενέργεια που φέρει κάθε φορά. 

                                                   &                             &                            & 

Έτσι το νέο ερώτημα που προέκυψε για τους ερευνητές  ήταν:

 Τελικά το ηλεκτρόνιο είναι σωματίδιο ή κύμα;                              

Και η απάντηση που εδόθη  ήταν κάτι αδιανόητο για τη λογική: 

 « το ηλεκτρόνιο είναι ταυτόχρονα σωματίδιο και κύμα»   αλλιώς    

Η αρχή του κυματοσωματιδιακού δυισμού της ύλης

      Η πρόταση αυτή δεν φαίνεται όμως σωστή διότι αντιφάσκουν οι έννοιες σωματίδιο και κύμα.  Το σωματίδιο είναι ύλη, δεν διαιρείται από μόνο του εκτός κι αν του ασκηθούν δυνάμεις, και προϋποθέτει ένα σημείο χώρου  να βρίσκεται.

Αντίθετα το κύμα δεν έχει σαφή όρια,  δεν μπορεί να μείνει καθηλωμένο σε ένα σημείο του χώρου  και μπορεί να διαιρεθεί σε τμήματα αν θέσουμε ένα εμπόδιο μπροστά στη ροή του,  πηγαίνοντας πότε από εδώ,  πότε από εκεί.

Πιο συγκεκριμένα

4. Το 1922 τη σκυτάλη παίρνει ένας Αμερικανός φυσικός ο Κόμπτον, ο οποίος αποδεικνύει με αναμφισβήτητο τρόπο  (πείραμα Κόμπτον και φαινόμενο Κόμπτον) όχι μόνο τη σωματιδιακή φύση των φωτονίων αλλά και των ηλεκτρονίων που  

   5.Την επόμενη χρονιά, το   1923 ο Γάλλος δούκας Ντε Μπρολί προέβλεψε θεωρητικά την ύπαρξη των υλικών κυμάτων λέγοντας ότι κάθε υλικό σωματίδιο (ηλεκτρόνιο, πρωτόνιο, νετρόνιο … ) είναι ταυτόχρονα και κύμα που έχει συχνότητα. Σύμφωνα με την κλασσική φυσική το κύμα μεταφέρει ενέργεια κι ορμή χωρίς να μεταφέρει ύλη. Η νέα όμως αυτή ιδέα  ομιλεί για κάτι πρωτοφανές, για υλικά κύματα  που διατυπώθηκαν με σαφήνεια στην Αρχή του κυματοσωματιδιακού δυισμού της ύλης. 

Προσπαθώντας να εμβαθύνω στην ταυτόχρονη  διπλή φύση όλων των υποατομικών σωματιδίων (φωτόνιο, ηλεκτρόνιο …) διαβάζω ότι ονομάζονται συλλήβδην κβαντικές οντότητες, που εκ φύσεως η κατάσταση στην οποία βρίσκονται και η θέση τους  είναι πιθανές. Όταν όμως ανιχνευθεί με πείραμα η παρουσία μιας τέτοιας οντότητας  τότε αποκτά και συγκεκριμένη θέση. Πολύ δύσκολο είναι όμως να ανιχνευθεί! Όλα αυτά ισχύουν στον μικρόκοσμο όμως. Η κατανόηση της κβαντομηχανικής από δω και πέρα με δυσκολεύει. Θα αναφερθώ λοιπόν μόνο στα ονόματα των υπολοίπων 12 επιστημόνων και στις  ανακαλύψεις με τις οποίες συνέδεσαν το όνομα τους. 

7.  Ο Σρέντινγκερ  Αυστριακός φυσικός, που προκαλούσε τα χρηστά ήθη της εποχής του με τη συμπεριφορά του. Πολύ γνωστός με το παράδοξο που έλεγε αστειευόμενος «στον κόσμο των κβάντα μια γάτα μπορεί να είναι ταυτόχρονα ζωντανή και νεκρή»  Στην ιστορία όμως έμεινε για την περίφημη να διατυπωθεί «κυματική» εξίσωση, κυματοσυνάρτηση είναι η καθιερωμένη πια ονομασία της, κάνοντας γνωστό ότι το μυστικό του κόσμου βρισκόταν στη κυματική φύση των ηλεκτρονίων την οποία περιγράφει. Γράφει ο Τραχανάς οτιδήποτε σημαντικό συμβαίνει στον κόσμο μας – συμπεριλαμβανομένης της ύπαρξης μας -είναι «γραμμένο» στην εξίσωση του Σρέντινγκερ. Είναι «η εξίσωση του κόσμου μας» . 

8. Ο Μπορν: ο  Γερμανεβραίος  φυσικός Μαξ Μπορν κατέληξε το 1926 ότι «τα υλικά κύματα είναι κύματα πιθανότητας». Μελετώντας τη πιθανή θέση στην οποία μπορεί να βρίσκονται τα ηλεκτρόνια,  κατέληξε ότι ρόλο παίζει το μέγεθος του κύματος, όσο πιο μεγάλο, τόσο περισσότερες πιθανότητες έχει να βρεθεί μέσα στο χώρο εκείνο. Όσο μικρότερο το μέγεθος των κυμάτων, τόσες μικρότερες και οι πιθανότητες να βρεθούν εκεί  «Τα ηλεκτρόνια αγαπούν την τρικυμία» φαίνεται. 

9.Xάιζενμπεργκ :

Μέγιστος σταθμός στην εξέλιξη της κβαντικής θεωρίας είναι ο Γερμανός Χάιζενμπεργκ που το 1925 διατυπώνει  την περίφημη Αρχή της Αβεβαιότητας ή απροσδιοριστίας,  σύμφωνα με την οποία είναι αδύνατο  να έχουμε ταυτόχρονα ακριβή γνώση της θέσης και της ταχύτητας ή ορμής ενός σωματιδίου μέσα στον μικρόκοσμο του. Κι αυτή η απροσδιοριστία δεν οφείλεται σε λογικά, πειραματικά σφάλματα του ανθρώπου αλλά στην ίδια τη φύση της ύλης, η οποία λόγω του κυματοσωματιδιακού δυισμού της συμπεριφέρεται ταυτόχρονα σαν σωματίδιο αλλά και σαν κύμα. Με άλλα λόγια υπάρχουν φαινόμενα στο μικρόκοσμο των οποίων η εκδήλωση δεν υπαγορεύεται πάντα από κάποια αιτία. Η Αρχή αυτή σηματοδοτεί το μεγάλο ρήγμα που έφερε στην μέχρι τότε κλασσική Φυσική που πίστευε στην Αιτιοκρατία! Και όσο ο εντοπισμός της θέσης του σωματιδίου μικραίνει, τόσο η ταχύτητα του αυξάνεται, περιγράφοντας την κατάσταση αυτή με την εξίσωση: απροσδιοριστία στη θέση επί απροσδιοριστία στη ταχύτητα = σταθερό γινόμενο.

Αυτή η αρχή  αποτελεί το θεμελιώδη νόμο της κβαντομηχανικής και δείχνει ότι ο κβαντικός μικρόκοσμος είναι εκ φύσεως αβέβαιος! Κι όσο - κι αν ακούγεται παράξενο  στον άνθρωπο, που αντιλαμβάνεται τις διαστάσεις του μεγάκοσμου  μέσα στον οποίο ζει-  χάρη σε αυτή την αρχή της αβεβαιότητας δημιουργήθηκε το Σύμπαν (Μεγάλη Έκρηξη ), η Ζωή και ο άνθρωπος! Λανθασμένα βέβαια γενικεύεται η αρχή της απροσδιοριστίας σε φαινόμενα της καθημερινής ζωής. 

10. Ο Πάουλι:  Αυστριακός   θεωρητικός φυσικός, γνωστός για το θεμελιώδη νόμο της κβαντομηχανικής, την «Απαγορευτική αρχή του Πάουλι» που διατύπωσε. Σύμφωνα με την οποία δυο σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια, πρωτόνια, νετρόνια είναι αδύνατο να βρίσκονται ταυτόχρονα στην ίδια κβαντική κατάσταση. Επίσης πρώτος υπέθεσε το 1931 την ύπαρξη του νετρίνου, αυτού του μυστηριώδους στοιχειώδους σωματιδίου του Σύμπαντος που του επιτρέπεται να διαπερνά ολόκληρους πλανήτες χωρίς να σταματά, λόγω της εξαιρετικά ασθενούς αλληλεπίδρασης του με την ύλη. 

11.  Ο Φέρμι: Ιταλός φυσικός, που αρχικά εργάστηκε στην πατρίδα του την εποχή του Μουσολίνι, ο οποίος μάλιστα φρόντισε να προβάλλει την αξία του για το μέλλον της φασιστικής Ιταλίας. Το 1939 μεταναστεύει στις ΗΠΑ στο Πανεπιστήμια  Κολούμπια κι αργότερα του Σικάγο, δόθηκε το όνομα του στα υποατομικά σωματίδια «φερμόνια» που ανακάλυψε, δημιούργησε τον πρώτο πυρηνικό αντιδραστήρα το 1942 στο Σικάγο και το κυριότερο θεωρείται ο πατέρας της ατομικής βόμβας μαζί με τον Οπενχάιμερ. 

12. Ο Ντιράκ, Άγγλος στην καταγωγή, καθηγητής στο Κέιμπριτζ, που κινείτο στα όρια του αυτισμού, λένε,  κλείνει τον κύκλο των μεγάλων της κβαντομηχανικής παντρεύοντας τη κβαντομηχανική με τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν -ως ο γάμος του αιώνα χαρακτηρίστηκε- και είναι ο πρώτος που μίλησε για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης στο Σύμπαν. 

Το διάσημο Συνέδριο Σολβέ στις Βρυξέλλες το 1927 

Στο συνέδριο αυτό συμμετείχαν 29 φυσικοί επιστήμονες, 17 εκ των οποίων είχαν τιμηθεί με βραβεία Νόμπελ, μεταξύ αυτών και μια γυναίκα η Μαρία Κιουρί κάτοχος 2 βραβείων Νόμπελ. Θέμα του Συνεδρίου ήταν «Το ηλεκτρόνιο και το φωτόνιο»Στο συνέδριο αυτό μεταξύ των πολλών που συζητήθηκαν για τη φύση της κβαντομηχανικής, έλαβε χώρα και η θρυλική αντιπαράθεση μεταξύ του Αϊνστάιν, υπέρμαχου της αιτιοκρατίας και του Νιλς Μπορ υπέρμαχου της αρχής της απροσδιοριστίας να δηλώνουν ο μεν πρώτος  « Ο Θεός δεν παίζει σε ζάρια το Κόσμο» ο δε δεύτερος  να απαντά «Αϊνστάιν πάψε να λες στο Θεό τί να κάνει». Μια ωραιότατη φωτογραφία όλων των συνέδρων, που διασώζεται, μας θυμίζει το σπουδαίο αυτό γεγονός, που απαθανατίζει τη λήξη και την εδραίωση της κβαντικής επανάστασης μέσα από την επικράτηση της Σχολής της Κοπεγχάγης.  

                             &                                  &                               &  

                                                  ΜΕΡΟΣ ΔΕΥΤΕΡΟ 

Υπενθυμίζουμε ότι η περίοδος της κβαντικής επανάστασης ξεκίνησε από την έρευνα για τη φύση του φωτός, στη συνέχεια ανακαλύπτουν τη δομή του ατόμου και μετά στρέφονται  στο ηλεκτρόνιο στη φύση του και στους νόμους που διέπουν τις κινήσεις του και ανακαλύπτουν τον ασαφή και πιθανοκρατούμενο κόσμο των κβάντων: τη κβαντωμένη  φύση του, τον κυματοσωματιδιακό δυϊσμό της ύλης  του, που συμπεριφέρεται ως υλικό κύμα. Όσο για τη δύναμη που κρατά το ηλεκτρόνιο σε σταθερή τροχιά γύρω από τον πυρήνα του ατόμου, ανακάλυψαν  την κβαντωμένη ενέργεια του ηλεκτρονίου,  τα κβαντικά άλματα που του επιτρέπουν  να πηδά από ορισμένες τροχιές σε άλλες προκαθορισμένες. Τελικά ανακάλυψαν το θεμελιώδη νόμο της κβαντικής θεωρίας: την αρχή της αβεβαιότητας ή απροσδιοριστίας των υπο-ατομικών σωματιδίων του μικρόκοσμου.  

 

                   Η   ΕΞΕΡΕΥΝΗΣΗ   ΤΟΥ    ΠΥΡΗΝΑ  ΤΟΥ   ΑΤΟΜΟΥ

                                 νάνος μεγέθους – γίγαντας ενέργειας

                               η ανακάλυψη της πυρηνικής ενέργειας 

Ένας κόσμος όμως ανεξερεύνητος είχε απομείνει, αυτός του πυρήνα του ατόμου. Φυσικό ήταν οι φυσικοί να στρέψουν  το ενδιαφέρον τους σε αυτό αναζητώντας ποιες είναι οι δυνάμεις εκείνες που ασκούνται στο εσωτερικό του πάνω στα πρωτόνια και τα νετρόνια και τα κρατούν τόσο σφιχταγκαλιασμένα, κολλημένα μεταξύ τους, ώστε να μη μπορούν να ξεκολλήσουν με τίποτα.   Και το παράξενο κι απίστευτο είναι ότι τα σωματίδια αυτά δεν ηρεμούν αλλά κουνιούνται, τρέμουν  τόσο βίαια στη θέση που βρίσκονται, κάνοντας 1 τρισεκατομμύριο τρισεκατομμύρια  ταλαντώσεις το δευτερόλεπτο! Και με βάση την αρχή της αβεβαιότητας όσο πιο μικρή, μικροσκοπική  είναι η φυλακή του πυρήνα του ατόμου μέσα στην οποία βρίσκονται φυλακισμένα, τόσο μεγαλύτερη ταχύτητα αναπτύσσουν, ώστε αν σπάσει η πόρτα της φυλακής τους θα πεταχτούν έξω, στην άλλη άκρη του κόσμου μέσα σε ένα δευτερόλεπτο. Αυτό το νόημα έχει η φράση : ο πυρήνας του ατόμου είναι «νάνος μεγέθους, γίγαντας ενέργειας». Μη ξεχνάμε ότι η κίνηση παράγει πάντα ενέργεια. Η α-κινησία δεν παράγει ενέργεια, δεν φέρνει καμμιά αλλαγή, άρα συνεπάγεται νέκρα. Στον κβαντικό κόσμο η επιλογή του σωματιδίου δεν είναι η ακινησία. Στο Σύμπαν δεν επικρατεί μια κατάσταση ηρεμίας με μηδέν ενέργεια, αλλά όλα βρίσκονται σε κίνηση κι αλλαγή λόγω της πυρηνικής ενέργειας - που παράγεται από πυρήνες ατόμων που σπάσανε με τη Μεγάλη Έκρηξη  και σπάνε ακόμα  κι έτσι τροφοδοτείται ο ήλιος, τα αστέρια να ζουν επί εκατομμύρια χρόνια μέχρι να τελειώσει αυτή και να πεθάνουν μετασχηματίζοντας τα υλικά τους σε γαλαξίες, κι όλα πάλι από την αρχή!   

Κι έφτασε ο άνθρωπος, εν έτει 1942, να δημιουργήσει τον πρώτο πυρηνικό αντιδραστήρα στο Σικάγο των ΗΠΑ να διασπάσει τον  πυρήνα  του ατόμου και να παράγει πυρηνική ενέργεια και το 1945 να κατασκευαστεί η πρώτη ατομική βόμβα. Πατέρας της ατομικής βόμβας θεωρείται ο Φέρμι, μια ιδιαίτερη περίπτωση ανθρώπου, δασκάλου κι επιστήμονα,   που μαζί με τον Οπενχάιμερ, μέσα στις συνθήκες του Δεύτερου Παγκοσμίου Πολέμου  τούς ανατέθηκε από τον πρόεδρο των ΗΠΑ Ρούσβελτ  να φέρουν εις πέρας το Σχέδιο Μανχάταν για την κατασκευή ατομικής βόμβας. Κι όταν αυτή κατασκευάστηκε ο μετέπειτα πρόεδρος των ΗΠΑ Τρούμαν αποφάσισε τη ρίψη της στη Χιροσίμα και στο Ναγκασάκι της Ιαπωνίας τον Αύγουστο του 1945.  

Το τέλος της αθωότητας για το σύγχρονο άνθρωπο έχει φτάσει. Σαν άλλος Προμηθέας τολμά και κλέβει από το Θεό την ενέργεια, χωρίς την οποία τίποτα δεν παράγεται, την ισχυρότερη όμως  και μακροβιότερη από όλες τις ενέργειες που μέχρι τότε είχε κατακτήσει. Αλλά με μια διαφορά η ενέργεια αυτή είναι και η πιο επικίνδυνη για τη ζωή, που λόγω της ραδιενέργειας που εκλύεται στο περιβάλλον σκορπά τη δυστυχία και το θάνατο γύρω της. Ο σύγχρονος άνθρωπος κατηγορείται ότι ξεπέρασε ένα απαράβατο όριο, ότι διέπραξε Ύβρη με την αρχαιοελληνική σημασία της λέξης. Από τότε τον βαραίνει ηθικά και συνειδησιακά η πράξη του αυτή, βαραίνει όμως και την επιστήμη της τεχνολογίας, ώστε πολλοί να αμφισβητούν την αξία της. Η επιστήμη όμως φταίει ή ο άνθρωπος και οι επιλογές του;   

  Ηθικά διλήμματα και τύψεις συνείδησης βασάνισαν  πολλούς  επιστήμονες της κβαντομηχανικής, πριν και μετά την κατασκευή της ενώ για τους τότε πολιτικούς δεν έχω ακούσει κάτι παρόμοιο. Και το χειρότερο ο Ψυχρός Πόλεμος που ακολούθησε ώθησε τις δυο υπερδυνάμεις ΗΠΑ και Σοβιετική Ένωση σε μια κούρσα πυρηνικών εξοπλισμών και κοντά σε αυτές ακολούθησαν αργότερα κι άλλες χώρες του πλανήτη μας!! Τελικά η ανθρωπότητα κι αυτοί που κυβερνούν τον πλανήτη έχουν επίγνωση σε ποια καινούργια εποχή έχει εισέλθει η ανθρωπότητα εδώ και 100χρόνια με την κατάκτηση του πιθανοκρατούμενου μικρόκοσμου; Όταν ρωτήθηκε ο Φέρμι γιατί  οι εξωγήινοι -που λογικά πρέπει να υπάρχουν- δεν μας έχουν επισκεφτεί, απάντησε ότι κανείς από τους τεχνολογικούς πολιτισμούς που έχουν αναπτυχθεί στο Σύμπαν δεν κατόρθωσε να «ενηλικιωθεί» αρκετά γρήγορα ώστε να αποφύγει ένα πυρηνικό ολοκαύτωμα. Να περάσει τον «κάβο».  Να  συνδυάσει τη γνώση της τεχνολογίας με τη σοφία. 

Άλλοι πάλι αναρωτήθηκαν κατά πόσο είναι υπεύθυνος ο άνθρωπος, είτε  επικρατεί στο Κόσμο η Αιτιοκρατία είτε η Αρχή της Αβεβαιότητας, διότι στην πρώτη περίπτωση όλα είναι προκαθορισμένα ενώ στη δεύτερη είμαστε έρμαια της τύχης κι  ο  άνθρωπος ούτε στην μια ούτε στην άλλη περίπτωση δεν είναι ελεύθερος να επιλέξει. Υπάρχει ελεύθερη βούληση;

Η Φυσική δεν μπορεί να απαντήσει με τη σιγουριά της επιστήμης ούτε βέβαια και καμμιά άλλη επιστήμη. Σε αυτά τα μεγάλα ανοιχτά ερωτήματα της ζωής η ηθική φιλοσοφία  έχει τον τελευταίο λόγο.  Ο άνθρωπος είναι σίγουρο ότι κινείται μεταξύ τύχης και αναγκαιότητας - νομοτέλειας: βιολογικής, οικονομικής, κοινωνικής …. Όμως μια χαραμάδα ελεύθερης βούλησης υπεισέρχεται στη ζωή του, που τον κατευθύνουν προς το καλό ή το κακό. Ο Στέφανος Τραχανάς γράφει «η ελευθερία της βούλησης είναι το συστατικό στοιχείο της υπαρξιακής μας αξιοπρέπειας».  

                                                                                                                   Σούλη Αγγελική,                                                                                                                         Βάρκιζα 9/2/2026